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UPS标准配置中,逆变输出电路中没有50Hz变压器也能输出符合要求电压的UPS叫高频机。逆变输出电路中含有50Hz隔离变压器的UPS或者说逆变输出电路中必须含有50Hz隔离变压器才能输出符合要求电压的UPS,叫工频机。UPS (工频机)静态在线式UPS方框图1、当市电中断后,UPS以蓄电池组作为电源继续向负载供电,一般蓄电池组可以供电1030min。在此期间,若市电不能恢复,则可以启动柴油发电机代替市电供电。2、在线式UPS具有稳压和稳频的功能,还可以降低电源的噪声,改善工作条件。目前这种系统的电压稳定度一般小于1%,频率稳定度一般小于0.5%,噪声一般小于80d B。另外,还能抑制和削弱输入电压波形的下陷、尖峰、浪涌、下跌和消除高次谐波等现象。3、工作时没有振动,使用方便,并且有比较完备的保护、报警功能。静态UPS的工作有以下几种形式:后备式UPS:在外电电网电压正常时,UPS的任务主要是对自身蓄电池进行充电,其输出电压就是输入电网的电压。它没有对市电进行转换,逆变器此时只处于备用状态。当外电电网异常时,才把蓄电池组电源,通过逆变器变换后供给负载。这种UPS供给的电源,不能抑制和隔离电网中的各种噪声和干扰,输出的电压不是稳压稳频的,最多是在输出变压器上增加一些抽头,进行简单的调压而已。后备式UPS在线式UPS:在电网电压正常时,市电也是经过整流滤波逆变器输出。将市电隔离,在市电震荡时,过滤市电,供给负载纯净的电源。在市电不正常或发生故障时,UPS以蓄电池组为输入电源逆变器继续向负载供电,保证负载实现不间断供电的要求。当逆变器发生故障或负荷过载时,UPS将自动把负荷转换到旁路由备用市电供电。* 在用的UPS发生转旁路是没有办法的事,但不能随意操作的,该操作往往会带来系统的宕机。如人为的市电转换使用(好事者自认为两路要轮换使用);市电电压的瞬时波动(瞬时失电,断路器失压跳闸。如断路器无此功能瞬时失电并不会影响UPS转旁路。瞬时过压、欠压,UPS自动转旁路。);三相电流的不平衡(不断的增加设备过程中,造成某一相电流过载而转旁路)等。再有冗余并联的系统中的UPS设备内部开关操作顺序错误同样会发生:如要解裂一台UPS的电池组,以调换其中的几个不良电池,如直接断开电池组开关,引起三台UPS发生并机失控,发出负载转旁路和卸载命令,(正确步骤是:先停逆变;再断输出Q1、输入Q4;最后断电池组K3。)*如有一现象:逆变转旁路大部分负载设备正常,部分负载设备因市电而停机。当然电子旁路是有点问题,如果这些设备内部直流工作电压的滤波电容的容量足一点,放电时间能长一点,也许就不会停机了。 不间断并不意味着UPS没有故障或绝对的不间断供电,但它可以将重要负载,最终因供电中断造成的停机率下降到设备所能允许的程度。输入电源小功率UPS的输入电源一般为单相220V交流电源,10kVA以上UPS则一般用三相380V交流电源作UPS的输入电源。输入电压允许变化15%。主输入电源进来后,可经过一个变压器变压。变压器的变压比,取决于蓄电池组电压的高低和逆变器输入电压的要求,也可以将市电直接接至整流器流器,用调整控制整流器输出电压的方法,来满足逆变器输入电压的要求。用三相电源作为输入电源的UPS,其三相电源的相序不能接错。 从法国进口的UPS,一般标有L1、L2、L3或Ph1、Ph2、Ph3等字样。从日本进口的机器则用红、白、蓝圆圈和R、S、T作标记。输入交流滤波器作用是对输入电源进行滤波,减少输入电源中的干扰、噪音进入逆变器,确保逆变器输入电源更加纯净。利用C1、C6抑制差模干扰信号;利用C2、C3和C4、C5抑制共模干扰信号;电感L抑制高频共模干扰信号。(C1和C2、C3抑制外面传到来的;C6和C4、C5抑制里面向外传导的,L是双向抑制的。)Rv为氧化锌压敏电阻,用以吸收浪涌电压的。(由于电器、电路的开、断,惯性负载会产生过电压,以及雷电引起供电电压上叠加了尖峰电压,这些瞬时突变的电压高达数千伏,会对电子器件造成损害。)整流器是把交流电源变换成直流电源,向逆变器提供所需的直流电源。小功率UPS的整流器一般采用单相桥式整流器,为了减小变压器的尺寸,整流器的输入又多用自耦变压器。大功率UPS的整流器,一般采用三相全控桥式整流电路、12脉冲整流电路等。12脉冲整流电路(串联型)有关直流电解电容电解电容是UPS中非常关键的零件,耐压450V的电解电容被广泛采用、性价比好。而耐压500V及以上的由于需求量少,制造工艺/质量控制存在一定问题,价格也比450V的电容高出很多。对于29节348V电池的UPS,其均充电压达到406V,加温度补偿,则最高均充电压达到(406+10.44=416.44)V,174*0.003(V/ )*20=10.44V ;而32节384V电池,其均充电压达到448V,如带温度补偿,则最高均充电压可能达到(448+11.52=460)V,192*0.003(V/ )*20=11.52V ,超出了450V的电容耐压范围,为了解决这个问题,一般采用4只同容量,耐压为400V或者450V的电解通过并串联实现。串并联,不管先并后串还是先串后并均有缺点,都需要增加3倍的电容,因为增加的电容为串联系统,可靠性降低到原来的1/4。由此可知,29节电池低压母线上的电解电容可靠性更高。先并后串的优点:多个电容并联来增加电容量,在上面的电容量应与下面的电容量相同。这样在瞬态期间能改善电压平衡。在上面的漏电流也应与下面的漏电流相同,在稳态期间也能改善电压平衡。最后,仅仅需要考虑两个平衡电阻,上面和下面应匹配好以排除平衡电阻的需要。先并后串的缺点:如果一个电容损坏短路,则另一半的电容获得整个母线电压,所以其它的电容也将会损坏。因此一个电容的损坏将会造成整个电容的损坏除非短路的电容被烧开路。 先串后并的优点:如果一个电容损坏短路,则与之相串联的电容会损坏,但是在线路内其它电容不受影响。如果不使用平衡电阻,一个高漏电流的电容仅仅影响与之相串联的电容。单独的串联的一对电容允许熔断。先串后并的缺点:若带平衡电阻则结构比较复杂;许多电阻需要匹配,额外的电阻需要更多的成本UPS的直流滤波电容设计为7年,一般5年开始应该进行调换。充电器充电器的主要功能是将市电整流、滤波后变成适合蓄电池组充电的直流电压。一般而言,当市电供电正常时,对蓄电池组进行浮充电。在市电恢复后,先以恒流方式充电,然后再以恒压方式充电,等24h后再对蓄电池组进行浮充电。假若市电只是瞬间停电,如市电停电时间少于30s时,则待电源恢复后,充电器只对蓄电池组进行浮充电。一般来说,小功率UPS大都将整流器与充电器分开。这是因为:整流器输出的电压不很稳定,它随电网的波动而变化,而蓄电池组的容量并不很大,一般在6Ah到24Ah之间,充电电源通常为电池容量的1/10,超过这个值,对密封电池是不利的。但在电池刚放完电,重新充电的初期,充电电流是很大的,必须限制初充电的电流。而一般整流器没有这一功能,采用稳流器就能满足这个要求。加之,功率小,容易实现,所以小功率UPS一般设有专门的充电器。大功率UPS的充电器则不像小功率UPS充电器那样容易实现,因为充电电压高,充电电流大,所以,往往以整流器的输出电压作为蓄电池的充电电压,这样就要求整流器的输出电压适合蓄电池组的充电电流和总电流(充电电流和逆变器输入电流之和),以保护内部电路元件。法国梅兰日兰电子有限公司生产的EPS2000系列就属这种类型。日本电气精器株式会社生产的250kVA 50Hz, 150kVA 400Hz等则仍有专门的充电器,即整流器与充电器是分开的。电池组的充电功率约为UPS额定容量的10%左右。一般来说,UPS的后备时间超过8小时,就需要外接充电器。逆变器逆变器的作用,是把直流电变换成大小和方向均随时间变化的交流电,它是相对整流器装置的逆变换方式,故称逆变器,也叫直流交流变换器。逆变器的电路很多,但实现逆变的方法一般为两种,即振荡式逆变器和交替开关式逆变器。三相逆变器原理用于大功率UPS中逆变的大容量IGBT的耐压等级分为2种,600V或1200V,介于两者之间耐压的几乎没有。对于29节电池和32节电池的工频机,出于成本考虑,大都采用耐压600V的IGBT,对于29节电池的UPS,因为母线的电压低,则IGBT耐压承受力降低较多。输入输出变压器输入输出变压器的作用有两个:一是实现负载与电网之间的电隔离,二是进行电压匹配,而且结构简单。输出交流滤波器的作用是衰减高次谐波,使其输出波形成为平滑的正弦波。一般来说,逆变器输出的波形是包含高次谐波的矩形脉冲波的集合体,将这种波形的电源直接接供给负载,可能造成负载不能正常工作,输出波形的好坏,可用波形失真系数来表示,交流滤波器可以减少波形失真。蓄电池没有蓄电池的UPS只能称作交流稳压稳频电源。有了蓄电池,当然是储存了充足电能的电池,就可以保证市电中断时,不间断地供给负载电力。在UPS中蓄电池是作为一种储能装置被使用的。当市电中断时,UPS依靠存储在蓄电池中的能量,维护其逆变器正常工作。目前,在中小型UPS中,广泛使用密封式铅酸蓄电池,它的价格比较贵,一般约占UPS总生产成本的1/4,甚至超过1/3。因蓄电池故障而引起UPS不能正常工作的比例却高达40%以上,据的不完全统计,实际上已达60%以上。电池及容量一般来说,UPS中电池标称电压见下表:UPS类型UPS输出容量电池标称电压单进单出在线互动式15kVA24V/48V高频双变换式1kVA36 V/48V高频双变换式23 kVA48V或72V或96V或120V,以96V为多高频双变换式610 kVA240V工频双变换式610 kVA192V三进单出高频双变换式1030 kVA240V或2*192V或2*240V工频双变换式1030 kVA192V或288V或348V或384V三进三出双变换式6/12脉冲相控整流工频机10 kVA以上348V或360V或384V带升降压电路高频机器10 kVA以上360V或384V或2*192V或2*240V或2*360V或2*384VUPS电池系统的可靠性:设每一节电池的故障概率为Rx,则每节电池的可靠供电概率为:Sx1Rxn节电池串联后的电池组可靠供电的概率S是:S(1Rx)n如两组并联使用则:S并1(1S)2如果每节电池的可靠性一样,29节电池因为只串联29节而比串联32节电池的单元少,电池的可靠性是后者的32/29倍。由于29节电池的UPS的母线电压稍低,则同样功率需要较大的母线电流,整机工作效率稍为偏低约0.2个百分点。如果在UPS中采用输入降压或者升压电路以及输出有升降压电路,或者电池与母线之间还有升降压电路,则UPS中的电池电压理论上可以任意,但是电路将增加复杂性。后备时间:AA 级机房的UPS 系统蓄电池后备时间应满足系统设计负荷工作60min以上。A 级、B 级、C 级机房的UPS系统蓄电池后备时间应满足系统设计负荷工作30min以上。大容量后备蓄电池组宜选择单体端电压为2V的蓄电池组。国家标准:UPS配置的蓄电池容量低于标定容量的70%即算报费。三相整流输出与电池电压 32节电池(标称384V),浮充电压:32*13.5=432V, 均充电压:32*14=448V, U相=432/2.34=184.6V29节电池(标称348V),浮充电压:29*13.5=391.5V,均充电压:29*14=406V,
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